論高速公路拓寬工程路基差異沉降控制技術(shù)

張嘉輝

摘 要：本文從高速公路拓寬工程路基差異沉降原理入手，闡述拓寬工程路基差異沉降的特點，給出四項差異沉降的有效控制技術(shù)，為相關(guān)單位提供理論與實踐參考，保障高速公路的安全可靠運行。

關(guān)鍵詞：高速公路;拓寬工程;差異沉降

一、拓寬工程路基差異沉降原理

通常來說，在高速公路拓寬工程中，舊路基在經(jīng)過長期運行和惡劣環(huán)境的影響，可保持穩(wěn)定，完成固結(jié)與次固結(jié)沉降，并在行車荷載和路基自重的影響下，將軟土地基中的水分全部排出，整體結(jié)構(gòu)與性能可滿足高速公路可靠運行要求;新路基會在施工期間出現(xiàn)初始沉降、固結(jié)沉降及次固結(jié)沉降，后兩項沉降的持續(xù)時間相對較長，需在高速公路投入運行一段時間后，方可達(dá)到舊路基的穩(wěn)定性。就此，在拓寬工程中，新舊路基的沉降程度有所差異，會在銜接部位出現(xiàn)錯臺現(xiàn)象，即差異沉降。

大量實踐表明，拓寬工程中的新舊路基一定會產(chǎn)生差異沉降，影響該現(xiàn)象的要素包括路基高度、拓寬施工工藝、拓寬施工參數(shù)與地基壓縮模量等。一旦差異沉降量超過某一閾值，會導(dǎo)致高速公路出現(xiàn)病害，影響其正常使用。就此，在路基拓寬工程施工中，施工單位需做好差異沉降的控制工作[1]。

二、拓寬工程路基差異沉降特點

（一）豎向位移

在高速公路的舊路基中，路基沉降特點為邊緣小、中間大。在道路結(jié)構(gòu)中，邊緣部位的豎向位移小于中間部位，加寬路基的沉降規(guī)律與其相同。但拓寬工程中，路基的邊緣部位擴大，舊路基邊緣部位的豎向位移偏小，而新建路基的某一深度部位表現(xiàn)出較大豎向位移，并沿著拓寬路基的邊緣逐漸降低。如果通過圖形表示，拓寬工程中路基的豎向位移變化呈鐘形。

（二）水平位移

在高速公路舊路基中，最大水平位移通常位于路基下部，道路中間結(jié)構(gòu)的路基基本不會出現(xiàn)水平位移。在舊路基拓寬后，新建路基將產(chǎn)生最大水平位移，和新舊路基銜接部位越近，水平位移越小。

（三）豎向應(yīng)力

在高速公路拓寬工程中，豎向應(yīng)力的最大值位于路基頂面，地基深度越大的區(qū)域，豎向應(yīng)力越低。如果豎向應(yīng)力最大值不斷變大，數(shù)據(jù)最大的結(jié)構(gòu)將從路基頂面轉(zhuǎn)移到新建路基中間部位。

（四）剪應(yīng)力

高速公路的最大剪應(yīng)力位于路基坡腳位置，路基拓寬后，最大剪應(yīng)力數(shù)值有所增加，這是因為路基加寬易引發(fā)滑坡或坍塌現(xiàn)象，使坡腳受力出現(xiàn)變化。就此，在高速公路拓寬工程中，需對路基進(jìn)行加固處理，保障邊坡的穩(wěn)定性，避免新舊路基出現(xiàn)差異沉降[2]。

三、拓寬工程路基差異沉降控制措施

（一）削坡和開挖臺階

針對拓寬工程表現(xiàn)的路基差異沉降現(xiàn)象，施工單位可通過削坡與開挖臺階方式，進(jìn)行舊路路基的處理，強化新舊路基間的摩阻力與抗剪力，為后續(xù)土工格柵的鋪設(shè)預(yù)留錨固長度，提升高速公路的穩(wěn)定性與整體性。

在實際施工中，施工單位需清除邊坡某區(qū)域內(nèi)的松散土體，根據(jù)相關(guān)要求開挖為臺階，常用直接開挖或先削坡后開挖兩項施工工藝。在削坡工藝中，為確保新舊路基的緊密連接，施工人員需將削坡的坡度控制在1：0.5～1.1.5范圍內(nèi);在開挖臺階工藝中，為提高施工效率，需采取自下而上順序開挖臺階，臺階的高度和寬度由削坡的坡度、高速公路路基的填料與壓實度決定，但高度不可低于30cm（通常設(shè)定為≤100cm），寬度不可低于2.0m（最小不得小于1.0m）。同時，為強化新舊路基銜接的整體穩(wěn)定性，避免高速公路使用期間出現(xiàn)滑移或錯臺，施工單位需在臺階中設(shè)置2～4%的反坡。

（二）拓展土工格柵

在高速公路拓寬工程中，土工格柵設(shè)置于路基基底和臺階頂面后側(cè)，具備拉筋功能，可優(yōu)化新舊路基的受力性能，避免高速公路車輛的荷載向路基擴散，從而控制路基差異沉降。細(xì)化來說，土工格柵具備提高地基承載力、實現(xiàn)應(yīng)力均勻分布、降低拓寬路水平應(yīng)力與位移、強化新舊路基銜接整體穩(wěn)定性等優(yōu)勢，施工單位需結(jié)合新舊路基的受力狀況，優(yōu)化配置土工格柵。通常來說，拓寬后的路基最大剪應(yīng)力位于臺階邊緣距舊路基1.0m的位置，施工單位需沿著臺階邊緣，將土工格柵向內(nèi)拓展3m。

同時，在高速公路運行期間，一旦行車荷載和路基自重大于土工格柵可承受的最大應(yīng)力，會導(dǎo)致路基出現(xiàn)變形或位移，在位移超過某一閾值時，會使路基與路面開裂。就此，施工單位在鋪設(shè)土工格柵時，需結(jié)合高速公路與路基拓寬現(xiàn)狀，計算相關(guān)數(shù)值，在規(guī)定時間內(nèi)向土工格柵中施加預(yù)應(yīng)力，直到路基變形保持穩(wěn)定，再進(jìn)行回填施工，并在路基頂部增設(shè)一層土工格柵，避免拓寬工程結(jié)束后，土工格柵的位移引發(fā)路基路面產(chǎn)生裂縫病害。

（三）回填輕質(zhì)材料

通常來說，為避免回填料的性能不同，導(dǎo)致新舊路基出現(xiàn)不均勻沉降，施工單位在開展拓寬路基部位的回填施工時，需選擇與舊路基同樣的回填料。但對于軟土路基而言，其整體承載力薄弱，極易產(chǎn)生壓縮沉降。就此，針對軟土路基區(qū)域，施工單位需優(yōu)先選擇輕質(zhì)材料作為回填料，如EPS、粉煤灰等，降低路基的自重，使其與舊路基保持同樣的沉降。

針對輕質(zhì)路填料對拓寬工程路基差異沉降的控制作用，學(xué)者們開展多項實踐研究，取得具備說服力的實驗結(jié)果，為輕質(zhì)路填料的應(yīng)用提供指導(dǎo)。例如，長安大學(xué)公路學(xué)院翁效林教授將不同重度的材料作為研究對象，分別為1kN/m3、10kN/m3與19kN/m3，應(yīng)用仿真軟件開展實踐應(yīng)用分析。分析結(jié)果表明，使用不同重度回填料的新舊路基，表現(xiàn)出不同的表面差異沉降量。其中，1kN/m3對應(yīng)的沉降量為4.09cm;10kN/m3對應(yīng)的沉降量為7.59cm;19kN/m3對應(yīng)的沉降量為9.31cm?？梢?，回填料的重度增加，會加大新舊路基的差異沉降量，施工單位需優(yōu)先選擇輕質(zhì)材料作為回填料，實現(xiàn)新舊路基差異沉降的有效控制。

（四）路基壓實控制

路基壓實可提高填料間的接觸面積，提升填料的凝聚力與內(nèi)摩阻力，降低填料空隙率，提高路基密實度與強度，避免路基出現(xiàn)變形問題。在高速公路拓寬工程中，新舊路基的銜接部位的碾壓難度較大，路基壓實效果不佳，屬于路基的薄弱環(huán)節(jié)，極易出現(xiàn)不均勻沉降，降低路基的整體穩(wěn)定性。

大量施工實踐表明，在高速公路拓寬工程中的新舊路基壓實施工中，壓實機具的合理選擇，是強化路基壓實效果的關(guān)鍵。如果施工單位選擇的壓實機噸位偏小，壓實機的碾壓次數(shù)增多，會提升路基回填土的壓實度，但增長效果相對薄弱，且在路基壓實度達(dá)到壓實機的極限數(shù)值后，碾壓次數(shù)的增多不會提升壓實度，反而會導(dǎo)致土體產(chǎn)生彈性變形;如果施工單位選擇的壓實機噸位偏大，在壓實度超過壓實機的極限數(shù)據(jù)后，碾壓次數(shù)的增多，會加劇土體變形，破壞路基與路面。同時，碾壓速度也會影響壓實效果，相關(guān)研究指出，壓實機的碾壓速度越大，壓實效果越低，這時因為碾壓速度偏大，會減少應(yīng)力作用的時間，對土體的影響偏低，將會加大土的粘性，降低密實度。就此，在高速公路拓寬工程中，施工單位需結(jié)合新舊路基各項參數(shù)，選擇合適噸位的壓實機具，調(diào)節(jié)壓實機的碾壓速度，強化新舊路基的銜接穩(wěn)定性[3]。

四、結(jié)語

綜上所述，高速公路拓寬工程施工流程復(fù)雜，注意要點較多。施工單位可通過臺階開發(fā)與削坡、拓寬土工格柵、回填輕質(zhì)材料及路基壓實控制四項措施，避免新舊路基出現(xiàn)差異沉降，提高拓寬工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃振林.高速公路拓寬改造路基沉降差異處治[J].山西建筑，2019，45（06）：135-136.

[2]崔偉，呂高航，劉春陽.高速公路拓寬新路基差異沉降計算分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2017，17（34）：326-331.

[3]王建，趙秀女.拓寬高度對高速公路路基差異沉降的影響[J].黑龍江交通科技，2017，40（11）：64-65.